CN108680282A - 一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置及方法，它包括用于承载整个监测装置的浮岛，所述浮岛固定在水库坝前的指定位置，在浮岛的下方连接有用于水温实时监测的温度链；所述的温度链根据库区的不同温度结构设定分布式的温度探头安装水深；所述温度链的末端连接有配重；沿温度链依次设置有多个水深仪；所述浮岛上安装有用于监测气压的大气压计；所述温度链与安装在浮岛上的主机相连；所述主机通过无线传输系统与远程监控室相连，并传输实时监测数据。该监测装置及方法能够实现长期、连续的坝前垂向水温分布规律实时监测，采用自记式和GPRS无线传输相结合的方式，确保数据的连续性、完整性和实效性。

Description

一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置及方法，属于水利水电工程监测领域。

背景技术

大型水库的蓄水使得库区水深增加，流速减缓，库区可能出现垂向温度分层结构。水库的调节能力愈强，水库对水流的阻滞作用愈大，水库温度分层结构越显著。受库区水温分层结构和泄水高程的影响，坝下河段的水温过程较天然水温出现均化效应和延迟效应，对坝下水生生物的生长繁殖活动产生显著影响。因此，为及时准确的调控大型水库下泄水温，减缓大型深水库蓄水对水库下游生态环境的影响，实现大型深水库中坝前垂向水温实时监测至关重要。

目前，对坝前垂向水温实时监测及数据传输方法的研究尚不成熟。库区垂向水温的观测多采用自记式水温记录仪进行人工投放测量，监测频次多为每月一次，很难实现对坝前垂向水温分布结构实时反馈。坝前垂向水温的测量，必须克服水流动力冲击的影响，解决供电困难、信号传输差、人工投放难度大等问题。针对这一现状，本发明提出一种用于大型深水库坝前垂向水温监测装置和方法，以满足水库垂向水温分布规律实时监测的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置及方法，该监测装置及方法能够用于坝前垂向水温分布规律实时监测，采用自记式和GPRS无线传输相结合的方式，确保数据的连续性和完整性。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，它包括用于承载整个监测装置的浮岛，所述浮岛固定在水库坝前的指定位置，在浮岛的下方连接有用于水温实时监测的温度链（9）；所述温度链（9）与安装在浮岛上的主机（7）相连；所述温度链（9）的末端连接有配重（12）；沿温度链依次设置有多个用于测量水深的水深仪（11）；所述浮岛上安装有用于监测气压的大气压计（6）；所述主机（7）通过自己式存储数据，并通过无线传输系统与远程监控室相连，传输实时监测数据；所述无线传输系统由太阳能电池板（14）供电。

所述浮岛包括多个的浮筒（1），所述浮筒（1）支撑安装在浮筒支架（2）的四角，在浮筒（1）的顶部固定有操作平台（3），在操作平台（3）的顶部设置有多个锁扣（4），所述锁扣（4）上连接有钢缆（5），所述钢缆（5）的另一端与岸边固定结构相连，并将整个浮岛固定在坝前指定位置。

所述大气压计（6）固定安装在浮岛的操作平台（3）的下底面；所述主机（7）固定安装在浮岛的操作平台（3）的顶部，在主机（7）的外部设置有主机保护罩（8）。

所述温度链（9）采用高精度单总线温度传感器，温度链（9）垂向不同水深位置上布置有多个分布式水温探头（10）。

所述水深仪（11）采用压差式水深仪，并依次布置在温度链（9）的上、中、下位置。

所述无线传输系统采用GPRS无线传输装置，所述GPRS无线传输装置包括安装在主机（7）上的DTU数据发射模块和安装在远程监控室主机上的DTU数据接收模块。

所述主机（7）上安装有数据存储器。

所述浮岛的顶部通过太阳能电池板支架（13）支撑安装有太阳能电池板（14），所述太阳能电池板（14）与无线传输系统相连，为其提供电能。

任意一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置的监测方法，它包括以下步骤：

Step1：根据水库的温度分层结构，确定温度链（9）上分布式温度探头（10）的个数和布设深度；

Step2：组装浮岛组件，并在浮岛上安装温度链（9）、大气压计（6）、太阳能电池板支架（13）和太阳能电池板（14），将温度链（9）与主机（7）相连；通过钢缆（5）将浮岛固定在水库坝前；

Step3：根据水库坝前的地形特征，在保证电站机组（15）和观测设备的安全前提下，选择三个可靠的固定点，连接钢缆，固定浮岛；

Step4：温度链数据采集频次为每隔一小时整点记录一次数据，水深仪同步整点记录水深数据，温度链采用自记和无线传输的方式进行采集，水深仪的数据采用自记方式进行采集。

所述Step1中，在水库表层0.5m范围内布置一个分布式温度探头（10），温跃层范围内2m一个分布式温度探头（10），底部低温水区域5至10m布置一个分布式温度探头（10）。

本发明所述的一种水库坝前垂向水温实时监测装置及方法，对掌握库区水温结构的变化过程有重要的科学应用价值和研究意义。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益的技术效果：

1、本发明满足同步采集不同水深的水温数据，可实现实时、长期、同步、连续测量坝前垂向水温分布情况，提高库区垂向水温监测效率和实效性，监测装置具有操作简单，布放方便的特点。

2、本发明中数据存储采用自记和无线传输两种方式，确保数据的连续性和完整性。同时无线传输模块可为水库水温生态调度提供重要的实时水温监测数据，其优势在于：远距离传输数据，不受地形、天气的限制，无需架设通信线路，节约建设成本，适应性更强。

3、所述的温度链根据库区的不同温度结构设定分布式的温度探头安装水深，采集的温度数据更具有代表性，更能反映库区的垂向温度结构的变化过程。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明所述浮岛平面布置示意图。

图2为本发明所述温度链和浮岛的剖面布置示意图。

图3为本发明所述坝前垂向水温监测点位布置示意图。

图中：浮筒1、浮筒支架2、操作平台3、锁扣4、钢缆5、大气压计6、主机7、主机保护罩8、温度链9、分布式水温探头10、水深仪11、配重12、太阳能电池板支架13、太阳能电池板14、电站机组15。

具体实施方式

下面结合附图并用实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容，即并不意味着是对本发明保护内容的任何限定。

实施例1：

如图1-3，一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，它包括用于承载整个监测装置的浮岛，所述浮岛固定在水库坝前的指定位置，在浮岛的下方连接有用于水温实时监测的温度链9；所述温度链9的末端连接有配重12；温度链上依次设置有多个用于测量水深的水深仪11；所述浮岛上安装有用于监测气压的大气压计6；所述温度链与安装在浮岛上的主机7相连；所述主机通过无线传输系统与远程监控室相连，并传输实时监测数据。上述数据存储在主机7的储存器，并通过无线传输的方式传输到远程监控室，替代传统的人工采集方式，大大的提高了监测效率，提高了监测数据的准确性。

进一步的，所述浮岛包括多个浮筒1，所述浮筒1支撑安装在浮筒支架2的四角，在浮筒1的顶部固定有操作平台3，在操作平台3的顶部设置有多个锁扣4，所述锁扣4上连接有钢缆5，所述钢缆5的另一端与岸边固定结构相连，并将整个浮岛固定在坝前指定位置。

进一步的，所述大气压计6固定安装在浮岛的操作平台3的下底面；所述主机7固定安装在浮岛的操作平台3上，在主机7的外部设置有主机保护罩8。通过所述的大气压计6能够实时监测气压值。

进一步的，所述温度链9采用高精度单总线温度传感器，在温度链9不同水深位置上布置有多个分布式水温探头10。通过所述的温度链9能够用于连续的坝前垂向水温监测。

进一步的，所述水深仪11采用压差式水深仪，并依次布置在温度链9的上、中、下位置，同时记录水温和水深。

进一步的，所述无线传输系统采用GPRS无线传输装置，所述GPRS无线传输装置包括安装在主机7上的DTU数据发射模块和安装在远程监控室主机上的DTU数据接收模块。通过采用无线传输系统能够实现远程无线传输，优势在于：远距离传输数据，不受地形、天气的限制。无需架设通信线路，节约建设成本，适应性更强。

进一步的，所述浮岛的顶部通过太阳能电池板支架13支撑安装有太阳能电池板14，所述太阳能电池板14与无线传输系统相连，并为其提供电能。通过太阳能电池板14能够提供太阳能，保证了用电设备的自给供电。

实施例2：

任意一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置的监测方法，它包括以下步骤：

Step1：根据水库的温度分层结构，确定温度链9上分布式温度探头10的个数和布设深度；

Step2：组装浮岛组件，并在浮岛上安装温度链（9）、大气压计（6）、太阳能电池板支架（13）和太阳能电池板（14），将温度链（9）与主机（7）相连；通过钢缆（5）将浮岛固定在水库坝前；

Step3：根据水库坝前的地形特征，在保证电站机组（15）和观测设备的安全前提下，选择三个可靠的固定点，连接钢缆，固定浮岛；

Step4：温度链数据采集频次为每隔一小时整点记录一次数据，水深仪同步整点记录水深数据，温度链采用自记和无线传输的方式进行采集，水深仪的数据采用自记方式进行采集。

进一步的，所述Step1中，在水库表层0.5m范围内布置一个分布式温度探头10，温跃层范围内2m一个分布式温度探头10，底部低温水区域5至10m布置一个分布式温度探头10。

实施例3：

以下实施例中所用的仪器设备出处如下：

（1）温度链采用的是加拿大的RBR-XR420，其温度范围为-5至35℃，精度为0.01℃。

（2）水深仪采用HOBO水深仪，记录温度和气压，其量程为0至76m，精度为±0.05%，温度范围0至50℃，精度为±0.44℃。

（3）GPRS无线传输方式采用DTU数据传输模块，采用太阳能电池板供电。

紫坪铺水利枢纽工程位于岷江上游，坝址距都江堰市9km，是一座以灌溉、供水为主，兼顾发电、防洪、旅游等综合效益的水利枢纽工程。紫坪铺水库总库容11.12亿方。最大坝高156m，具有不完全年调节性能。

紫坪铺水库坝前水温实时测量的监测装置包括：浮岛、大气压计、温度链、水深仪和配重设备组成，温度链采用高能锂电池供电。温度链放置在浮岛下方的水体中，配重固定在温度链末端。

所采用的浮岛包括四个浮筒、操作平台和浮岛支架，用铜丝将浮筒固定在浮岛支架上，将主机、大气压及气温测量装置、DTU无线传输的发射模块、太阳能板及蓄电池安装在浮岛操作平台上。浮岛上三个锁扣连接钢缆如图1所示，紫坪铺水库坝前近坝体区域的水流条件较为平缓，选择将带有温度链的浮岛固定在坝体右侧，分别将两根钢缆固定在坝体上，第三根钢缆固定在对岸的山坡上。

所述温度链采用高精度单总线温度传感器，分布式水温探头安装在不同水深位置，由主机自动采集各点水温数据。在温度链的上中下位置布置压差式水深仪，同时记录水温和水深。根据实测水深来还原测深对应的温度数据，提供准确、及时、系统的坝前垂向水温变化的原始数据。

为捕捉紫坪铺水库表层温度分层结构，所述温度链共布置24个分布式温度探头，分别在水下14m以内每2米一个温度探头，共8个；水下14米至46米范围为每4米一个温度探头，共8个；水下46米至94米范围为每8米一个温度探头，共8个。

温度链的数据采集频次为：温度链每隔一小时整点记录一次数据，HOBO压力式测深仪同步整点记录水深数据。RBR数据链采用自记和无线传输的方式进行采集，HOBO水深仪数据采用自记方式进行采集。室内可通过数据DTU接收模块收到垂向温度变化情况，及时为资料所需方提供数据支持。数据采集结束后，人工回收仪器设备，处理数据。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，其特征在于：它包括用于承载整个监测装置的浮岛，所述浮岛固定在水库坝前的指定位置，在浮岛的下方连接有用于水温实时监测的温度链（9）；所述温度链（9）与安装在浮岛上的主机（7）相连；所述温度链（9）的末端连接有配重（12）；沿温度链依次设置有多个用于测量水深的水深仪（11）；所述浮岛上安装有用于监测气压的大气压计（6）；所述主机（7）通过自己式存储数据，并通过无线传输系统与远程监控室相连，传输实时监测数据；所述无线传输系统由太阳能电池板（14）供电。

2.根据权利要求1所述的一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，其特征在于：所述浮岛包括多个的浮筒（1），所述浮筒（1）支撑安装在浮筒支架（2）的四角，在浮筒（1）的顶部固定有操作平台（3），在操作平台（3）的顶部设置有多个锁扣（4），所述锁扣（4）上连接有钢缆（5），所述钢缆（5）的另一端与岸边固定结构相连，并将整个浮岛固定在坝前指定位置。

3.根据权利要求1所述的一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，其特征在于：所述大气压计（6）固定安装在浮岛的操作平台（3）的下底面；所述主机（7）固定安装在浮岛的操作平台（3）的顶部，在主机（7）的外部设置有主机保护罩（8）。

4.根据权利要求1所述的一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，其特征在于：所述温度链（9）采用高精度单总线温度传感器，温度链（9）垂向不同水深位置上布置有多个分布式水温探头（10）。

5.根据权利要求1所述的一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，其特征在于：所述水深仪（11）采用压差式水深仪，并依次布置在温度链（9）的上、中、下位置。

6.根据权利要求1所述的一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，其特征在于：所述无线传输系统采用GPRS无线传输装置，所述GPRS无线传输装置包括安装在主机（7）上的DTU数据发射模块和安装在远程监控室主机上的DTU数据接收模块。

7.根据权利要求1所述的一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，其特征在于：所述主机（7）上安装有数据存储器。

8.根据权利要求1所述的一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置，其特征在于：所述浮岛的顶部通过太阳能电池板支架（13）支撑安装有太阳能电池板（14），所述太阳能电池板（14）与无线传输系统相连，为其提供电能。

9.采用权利要求1-8任意一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置的监测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

Step1：根据水库的温度分层结构，确定温度链（9）上分布式温度探头（10）的个数和布设深度；

Step2：组装浮岛组件，并在浮岛上安装温度链（9）、大气压计（6）、太阳能电池板支架（13）和太阳能电池板（14），将温度链（9）与主机（7）相连；通过钢缆（5）将浮岛固定在水库坝前；

Step3：根据水库坝前的地形特征，在保证电站机组（15）和观测设备的安全前提下，选择三个可靠的固定点，连接钢缆，固定浮岛；

Step4：温度链数据采集频次为每隔一小时整点记录一次数据，水深仪同步整点记录水深数据，温度链采用自记和无线传输的方式进行采集，水深仪的数据采用自记方式进行采集。

10.根据权利要求9所述一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置的监测方法，其特征在于，所述Step1中，在水库表层0.5m范围内布置一个分布式温度探头（10），温跃层范围内2m一个分布式温度探头（10），底部低温水区域5至10m布置一个分布式温度探头（10）。